Title

Controle integrado da remoção de gases e da limpidez durante a desgaseificação a vácuo do aço

Integrated Control of Gas Removal and Cleanliness during steel Vacuum Degassing

Authorship

PINHEIRO, SAVIA CRISTINA LACERDA POUBEL; SANTOS, RENAN FARIA DOS; REIS, RAFAEL FERNANDES; BRAGA, BARBARA COSTA; TRINDADE, VICENTE BRAZ; DELVAUX, CHARLES

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BRAGA, BARBARA COSTA

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TRINDADE, VICENTE BRAZ

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DOI

10.5151/2594-5300-43195

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Abstract

A desgaseificação a vácuo desempenha papel crítico na metalurgia secundária ao possibilitar a remoção de gases dissolvidos e a melhoria da limpidez do aço. Neste trabalho, foi conduzida uma investigação industrial para avaliar o efeito combinado dos parâmetros do processo de vácuo sobre a eficiência de remoção de gases e o controle de inclusões em uma rota EAF–LF–VD. Um planejamento fatorial fracionado de experimentos (DOE) foi aplicado para avaliar a influência da pressão de vácuo profundo, do tempo de manutenção sob vácuo e do tempo de flotação. Amostras de aço foram coletadas antes e após o tratamento para quantificar os teores de nitrogênio, hidrogênio, enxofre e oxigênio total, bem como a população de inclusões por meio de análise automatizada de inclusões (AIA). Os resultados indicam que a pressão de vácuo é o parâmetro dominante no controle da remoção de nitrogênio, apresentando efeito estatisticamente significativo sobre a taxa de desnitrogenação. Em contrapartida, os teores de hidrogênio permaneceram abaixo de 2,0 ppm em todas as condições e não foram significativamente afetados pelos parâmetros estudados. Baixos teores de enxofre e de oxigênio minimizaram as limitações interfaciais, possibilitando remoção eficiente de gases sob condições controladas por transferência de massa. Quanto à limpidez do aço, o tempo de manutenção sob vácuo apresentou influência mensurável na redução do oxigênio total e na remoção de inclusões. Condições otimizadas de processamento resultaram em maior melhoria na densidade numérica e na fração de área das inclusões, demonstrando maior eficiência de flotação e remoção. O estudo confirma que a otimização integrada dos parâmetros de vácuo proporciona melhoria simultânea na remoção de gases e na limpidez do aço, contribuindo para a melhoria da qualidade do produto e do desempenho do processo.

Vacuum degassing plays a critical role in secondary metallurgy by enabling the removal of dissolved gases and improving steel cleanliness. In this work, an industrial investigation was conducted to assess the combined effect of vacuum process parameters on gas removal efficiency and inclusion control in an EAF–LF–VD route. A fractional factorial Design of Experiments (DOE) was applied to evaluate the influence of deep vacuum pressure, vacuum holding time, and flotation time. Steel samples were collected before and after treatment to quantify nitrogen, hydrogen, sulfur, and total oxygen contents, as well as inclusion population using automated inclusion analysis (AIA). The results indicate that vacuum pressure is the dominant parameter controlling nitrogen removal, showing a statistically significant effect on de-nitrogenization rate. In contrast, hydrogen levels remained below 2.0 ppm for all conditions and were not significantly affected by the studied parameters. Low sulfur and oxygen levels minimized interfacial limitations, enabling efficient gas removal under mass transfer-controlled conditions. Regarding steel cleanliness, vacuum holding time showed a measurable influence on total oxygen reduction and inclusion removal. Optimized processing conditions resulted in higher improvement in inclusion number density and area fraction, demonstrating enhanced flotation and removal efficiency. The study confirms that integrated optimization of vacuum parameters provides simultaneous improvement in gas removal and steel cleanliness, contributing to improved product quality and process performance.

Keywords

Vacuum degassing, Secondary metallurgy, Steel cleanliness, Nitrogen removal, Nonmetallic inclusions

Vacuum degassing, Secondary metallurgy, Steel cleanliness, Nitrogen removal, Nonmetallic inclusions